CC BY
90
УДК 631.111.3:631.559
ЛАНДШАФТНЫЙ ПОДХОД В ОЦЕНКЕ АГРОЦЕНОЗА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ
С.Ю. Капустянчик, канд. биол. наук,
СибНИИЗиХ Россельхозакадемии,
ул. Слюдянка, д. 60, г. Новосибирск, Россия, 630526,
E-mail: Kapustj anchiksv@mail. ru
Аннотация. Применение ландшафтного подхода в оценке агроценоза яровой пшеницы является актуальным направлением. На разных элементах рельефа в пределах агроценоза микроклиматические, агрохимические свойства почв характеризуются высокой вариабельностью, что отражается на состоянии посевов, засоренности полей, урожайности и качестве зерна сельскохозяйственных культур. Поэтому целью работы стало выявить закономерности пространственной неоднородности агроландшафта и оценить агроценоз яровой пшеницы. В условиях полевого опыта на разных элементах рельефа (плакор и микрозападина) оценивались сроки наступления фенологических фаз развития яровой пшеницы, элементы структуры урожая, урожайность и качество зерна сельскохозяйственной культуры. В результате исследований установлено, что длительность вегетации растений в микрозападине увеличивается на 7 дней по сравнению с плакором. Продуктивная кустистость в микрозападине выше, и составляет в нижних позициях 1,4, на плакоре - 1,1. Озерненность колоса колеблется от 19 зерен в колосе на плакоре до 21 - в нижней позиции микрозападины. Наиболее высокая урожайность яровой пшеницы формируется в микрозападинах, но при этом качество зерна по содержанию клейковины хуже, чем на плакоре. Урожайность яровой пшеницы в микрозападине составляет в среднем 2,36 т/га, на плакоре - 2,27 т/га. На плакоре формируется зерно с максимальным значением содержания клейковины - 29%, в микрозападине ее значение колеблется в пределах 24-27%. Таким обра-
зом, ландшафтный подход в оценке агроценоза яровой пшеницы позволяет выявить неоднородность агроландшафта по комплексу признаков: различию сроков прохождения растениями фенологических фаз, пространственной пестроте урожайности и качества зерна яровой пшеницы. Перспективой более адаптированного использования пахотных земель является точное земледелие с использованием новейших технических средств, оснащенных навигационным оборудованием.
Ключевые слова: элемент рельефа, фенологическая фаза, урожайность, качество зерна, яровая пшеница.
Введение. Ландшафтный подход в изучении сельскохозяйственных земель основан на комплексной оценке компонентов в системе рельеф - почвы - микроклимат - агроценоз. В конце прошлого века ландшафтный подход получил широкое распространение как в земледелии, так и в вопросах охраны окружающей среды. Основное внимание уделялось связям между почвой, растительностью и водным режимом в различных агроэкосистемах. Роль почвенных показателей в земельной оценке и устойчивости земельных ресурсов рассматривал в своих работах Sombroek W.G.
[12]. В Нидерландах изучением системы почва - воздух - вода занимались Pouw B.J. [11], Duijvenbooden W. V. [10]. В Австрии на фоне пространственных неоднородностей почвенного покрова страны Wenzel W. W., Alge G., Sattler H. [14] предложили усовершенствование методической базы и методов обработки информации для проведения наблюдений (организация стационарных площадок). Новый подход в оценке агроэкосистем, обеспечивающий их устойчивое функционирование, предложили Stockdale E.A. и Cookson W.R.
[13]. Поддержание агроэкосистемы за счет управления плодородием почвы и культурным растением разработал Altieri M.A. [9]. В России основой систем земледелия нового поколения является адаптивно-ландшафтная система [1, 2, 3], предполагающая детальное изучение конкретной территории с позиций глубокой адаптации сельскохозяйственного производства к условиям среды [4]. Данная система основана на агроэкологической оценке, которая включает в себя комплекс разнородных показателей. Кроме характеристики почвенных условий необходима агрономическая оценка агроценозов, включающая в себя показатели состояния посевов, урожайности сельскохозяйственных культур.
Ландшафтный подход в оценке агроценоза яровой пшеницы является актуальным направлением, поскольку микроклиматические, агрохимические свойства почв характеризуются высокой вариабельностью, что отражается на состоянии посевов, засоренности полей, урожайности и качестве зерна сельскохозяйственных культур. Поэтому, целью исследований явилось: выявить закономерности пространственной неоднородности агроландшафта и оценить агроценоз яровой пшеницы. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи: дать оценку фенологического развития агроценоза яровой пшеницы и выявить закономерности формирования урожайности и качества зерна яровой пшеницы на разных элементах рельефа.
Методика. Объект исследования находится на территории Новосибирского При-обья, представляющей собой приподнятую равнину. Микрорельеф выражен в виде блюдцеобразных и вытянутых западин. Почвенный покров представлен черноземами выщелоченными на выровненных пространствах, в западинах формируются темно-серые лесные и темно-серые лесные поверхностно-глееватые почвы. Исследования проводились в 20102011 гг. в условиях полевого опыта на пла-корном повышенном участке и в микрозападине площадью 0,3 га. Результаты анализа данных по осадкам и температуре воздуха характеризуют исследуемые годы как умеренно дефицитные: сумма осадков за вегетационный период в 2010 году составила 136 мм, в 2011 - 157 мм, сумма температур за вегетационный период - 1720 С и 1856 С, соответственно. Наблюдения в микрозападине проводились в верхней и нижней части ее бортов отдельно. Опытные делянки ориентированы к центру западины в соответствии с радиальным направлением поверхностного стока и имеют форму треугольников с площа-
дью от 197 м2 до 290,5 м2. Участок на плакоре использовался в качестве эталона сравнения. Площадь каждой делянки 70 м . Выращиваемая культура - яровая пшеница сорта Новосибирская 29. Основная обработка почвы -безотвальное рыхление на глубину 22 см. Повторность опыта 3-кратная - на плакоре, 4-кратная - в микрозападине. Наблюдаемые параметры: сроки наступления фенологических фаз развития яровой пшеницы, элементы структуры урожая, урожайность и качество зерна сельскохозяйственной культуры. Учет урожайности осуществлялся методом парцелл в 15-кратной повторности. Качество зерна
определялось по содержанию клейковины в зерне методом отмывания клейковины из теста. Статистическая обработка результатов опыта проведена с использованием программного пакета Snedecor v5.
Результаты
1. Фенологическое развитие агроценоза яровой пшеницы. Опытное поле засевается в один день. Однако на разных элементах рельефа высеянные семена оказываются в разных по гидротермическому режиму условиях, поэтому развитие растений проходит неодинаково (табл. 1).
Таблица 1
Сроки наступления фенологических фаз развития яровой пшеницы на разных элементах рельефа
Фенологические фазы развития посева яровой пшеницы Плакор Микрозападина, нижняя позиция
2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г.
Посев 30 мая 23 мая 30 мая 23 мая
Всходы 7 июня 2 июня 9 июня 2 июня
Кущение 23 июня 21 июня 25 июня 24 июня
Колошение 21 июля 16 июля 25 июля 19 июля
Восковая спелость 30 августа 23 августа 7 сентября 28 августа
Первые всходы как на плакоре, так и в микрозападине появляются одновременно, но их количество в микрозападине меньше, и только через 1 -2 дня их количество выравнивается. Развитие растений в микрозападине проходит медленнее, чем на плакоре, и в конечном итоге длительность вегетации увеличивается на 7 дней в 2010 году и на 5 дней -в 2011 году.
2. Элементы структуры урожая яровой пшеницы. Кущение является резервным биологическим свойством [5], которое может проявиться только при благоприятных условиях. Коэффициенты продуктивной кустистости на плакоре и в микрозападине колеблются от 1,1 до 1,3 в 2010 году и от 1,0 до 1,1 - в 2011 году (табл.2).
Таблица 2
Показатели структуры урожая яровой пшеницы за 2010-2011 гг.
Показатель структуры урожая Элемент рельефа НСР05
Плакор Микрозападина, верхняя позиция Микрозападина, нижняя позиция
2010 2011 2010 2011 2010 2011 2010 2011
Коэффициент продуктивной кустистости 1,14 1,07 1,18 0,99 1,34 0,97 0,47 0,12
Число зерен в колосе, шт. 17 15 18 16 20* 12 2 3
Масса 1000 зерен, г 37,11 32,20 36,27 34,61* 35,89 33,84* 2,40 1,43
*разница превышает НСР05
Один из главных компонентов структуры урожая зерновых культур - озерненность колоса. Из таблицы 2 видно, что наблюдается тренд повышения озерненнности колоса в микрозападине по сравнению с плакором, статистически доказанный в 2010 году. Масса
1000 зерен в 2010 году в микрозападине существенно не отличается от таковой на плакоре. В 2011 году различия между элементами рельефа по массе 1000 зерен существенные. Таким образом, особенности развития растений в разных условиях
микрорельефа обусловливают различия в урожайности сельскохозяйственной культуры и качестве зерна.
3. Урожайность яровой пшеницы и качество зерна. В 2010 году наблюдалась большая пестрота данных по урожайности внутри повторностей. По результатам стати-
4. Технологические показатели качества зерна. Известно, что особое влияние на содержание белка и клейковины в зерне оказывают погодные условия в течение вегетационного периода, а также такой фактор, как сорт [7]. Содержание белка и клейковины обусловлено генетически. Сроки уборки урожая не влияют на эти показатели [8]. При статистической обработке полученных нами данных было выявлено влияние элементов рельефа на содержание клейковины в зерне (табл. 3). На плакоре формируется зерно с максимальным значением содержания клейковины по отношению к микрозападине.
Таким образом, ландшафтный подход в оценке агроценоза яровой пшеницы позволяет выявить неоднородность агроландшафта по комплексу признаков: различию сроков прохождения растениями фенологических фаз, неоднородности элементов структуры урожая культур, пространственной пестроте урожайности и качеству зерна яровой пшеницы. Эти проблемы могут быть решены при проектировании адаптивно-ландшафтных систем земледелия с корректировкой землеустройства. Перспективой более адаптированного исполь-
стического анализа коэффициент вариации составляет 25% на плакоре и 29,5% - в микрозападине. В связи с этим различия в урожайности по элементам рельефа несущественны [6]. В 2011 году, менее увлажненном, урожайность яровой пшеницы в микрозападине существенно выше, чем на плакоре (табл. 3).
зования пахотных земель является точное земледелие с использованием новейших технических средств, оснащенных навигационным оборудованием.
Выводы
1. Неоднородность рельефа отражается на
прохождении фенофаз яровой пшеницы - на выровненных участках переход от одной фенофазы к другой происходит быстрее, чем в микрозападинах, это, в свою очередь, отражается на продолжительности
вегетационного периода - в микрозападине он увеличивается на 7 дней по сравнению с плакором.
2. Наблюдается тренд увеличения показателей структуры урожая яровой пшеницы: продуктивная кустистость яровой пшеницы изменяется от 1,1 на плакоре до 1,4 -в микрозападине; озерненность колоса колеблется от 19 зерен в колосе на плакоре до 21 - в нижней позиции микрозападины.
3. В микрозападинах формируется наиболее высокая урожайность яровой пшеницы, но при этом качество зерна по содержанию клейковины ниже, чем на плакоре.
Таблица 3
Урожайность яровой пшеницы, содержание и качество клейковины в зерне
Элементы рельефа Урожайность, т/га Содержание клейковины в зерне, % Класс Качество клейковины по ИДК, группа
2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г. 2010 г. 2011 г.
Плакор 2,67 1,87 28 28 2 2 I I
Верхняя позиция микрозападины 2,72 2,18* 27 19* 3 4 II II
Нижняя позиция микрозападины 2,43 2,10* 24 22* 3 4 II II
НСР05 0,57 0,22 4,71 3,71
*разница превышает НСР05
Литература
1. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996. 367 с.
2. Ландшафтное земледелие. Курск, 1993. Ч.1 100 с.
3. Иванов ДА. Aгроэкологические аспекты конструирования ландшафтно-адаптивных систем земледелия: ав-тореф. дис. ... д-ра с.-х. паук. СПб., 2001. 41 с.
4. Жученко A.A. Aдаптивное растениеводство: эколого-генетические основы. Кишипев: Штиипца, 1990. 432 с.
5. Тюменцев Н.Ф. О роли среды в полеводстве // Проблемы экологии: сб. ст. Томск, 1973. С. 53-60.
6. Капустянчик С.Ю. Микроклимат почв и урожайность яровой пшеницы в плакорном микрозападинном агроландшафте // Вестник AГAУ. 2012. № 2 (SS). С. 32-35.
7. Павлов A.K Повышение содержания белка в зерпе. М.: Наука, 1984. 18 с.
S. Пазин МА. Влияние сроков уборки яровой пшеницы па урожайность и качество зерпа // Сибирский вестник. 2005. № 1. С. 37-39.
9. Altieri M.A. The ecological role of biodiversity in agroecosystems. Agriculture, Ecosystems and Enviroment. 1999. vol. 74. PP. 19-31.
10. Duijvenbooden W. v. Ground-water Quality Monitoring in the Netherlands / Int. Workshop on Harmonization of Soil Conservation Monitoring Systems. Budapest, 1993. PP. 133-145.
11. Pouw B.J.A. van der. Mapping and Monitoring of Land. Soil and Groundwater in the Netherlands / van der Pouw B.J.A.; Int. Workshop on Harmonization of Soil Conservation Monitoring Systems. Budapest, 1993. PP. 132-145.
12. Sombroek W.G. Land resource evaluation and the role of land-related indicators // Land quality indicators and their Use in Sustainable Agriculture and Rural Development. Proceeding of a Workshop, 25-26 January 1996. FAO, Rome. http://www.fao.org/docrep/W4745E/w4745e05.htm
13. Stockdale E.A. and Cookson W.R. Sustainable farming systems and their impact on soil biological fertility some case studies. In: Abbot L. K. And Murphy D. V. (eds) Soil Biological Fertility - A Key to Sustainable Land Use in Agriculture. Kluwer Academic Publishers, the Netherlands, 2003., P. 225-239.
14. Wenzel W.W. Alge G. and Sattler H. Environmental Soil Monitoring in Austria: Methodology and Results / In: International Workshop on Harmonization of Soil Conservation Monitoring Systems. Varallyay, G.(ed.). Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest, Hungary, 14-17 September 1993. PP. 35-48.
LANDSCAPE APPROACH IN THE ESTIMATION OF AGROCENOSIS OF SPRING WHEAT
Svetlana Kapustyanchik, Candidate of Biological Sciences, SPIN-код: 4981-7849.
The Siberian Research Institute of Soil Management and Chemicalization of Agriculture E-mail: Kapustj anchiksv@mail. ru
ABSTRACT
Application of the landscape approach in the estimation of spring wheat agrocenosis is the actual direction. It is connected with high variability of the microclimatic and agrochemical properties of soils on different elements of the relief. These properties affect the condition of crops, yield and grain quality of crops. The purpose of research was to reveal the regularities in spatial heterogeneity and assess agro-landscapes of spring wheat agrocenosis. The timeline of phenological development phases of spring wheat yield, structure elements, and yield and grain quality of the crop was estimated in work on different elements of the relief (plakor and padding). Result of the research was to establish the differences in the timing of phenological development phases of spring wheat in different elements of the relief. The duration of the growing season in the padding increased by 7 days compared to the plakor. The estimate has identified the heterogeneity of yield structure on different elements of the relief. Value of the productive tillering in padding is 1.4 in the lower position and on plakor - 1.1. The number of wheat grains ranged from 19 pieces on the plakor to 21 in the lower position padding. The highest yield of spring wheat formed in padding, but the gluten content in grain is higher on plakor. The spring wheat in padding is 2.36 t/ha, on plakor - 2.27 t/ha. The gluten value in padding varies between 24-27%. The corn on plakor formed with maximum gluten content - 29%. Thus, the application of the landscape approach in the estimation of spring wheat agrocenosis brings out heterogeneity of agro-landscapes on a complex of features - the difference of terms of phenological phases, the spatial heterogeneity of yield and grain quality of spring wheat. The prospective of adapted use of cropland is precise agriculture with the newest means and advanced navigation equipment.
Key words: element of relief, phenological phase, yield, quality of grain, spring wheat.
References
1. Kiriushin V.I. Ecologicheskie osnovy selskogo hoziaistva (Ecological bases of agriculture), Moscow: Kolos, 1996,
367 p.
2. Landshaftnoe zemledelie (Landscaping farming), part I, Kursk, 1993, 100 p.
3. Ivanov D.A. Agroekologicheskie aspekty konstruirovaniya landshaftno-adaptivnykh sistem zemledeliya: avtoref. dis. ... d-ra s.-kh. nauk (Agroecological aspects of designing landscape-adaptive farming systems: Author. dis. Dr. Agr.Sci.), St-Petersburg, 2001, 41 p.
4. Zhuchenko A.A. Adaptivnoe rastenievodstvo: ekologo-geneticheskie osnovy (Adaptive crop growing: ecological and genetic basis), Kishinev: Shtiintsa, 1990, 432 p.
5. Tyumentsev N.F. et al.O roli sredy v polevodstve (On the role of the environment in field production), Problems of ecology, Tomsk, 1973, P. 53-60.
6. Kapustyanchik S.Y. Dobrotvorskaya N. I. Mikroklimat pochv i urozhainost' yarovoi pshenitsy v plakornom mikrozapadinnom agrolandshafte (Microclimate of soil and spring wheat in placor agrolandscape), Herald ASAU, 2012, No. 2 (88), P. 32-35.
7. Pavlov A.N. Povyshenie soderzhaniya belka v zerne (Increase of the protein content in the grain), Moscow: Nauka, 1984, 18 p.
8. Pazin M.A. Vliyanie srokov uborki yarovoi pshenitsy na urozhainost i kachestvo zerna (Effect of harvesting time of spring wheat on grain yield and quality), Siberian Journal, 2005, No.1, P. 37-39.
9. Altieri M.A. The ecological role of biodiversity in agroecosystems. Agriculture, Ecosystems and Environment, 1999, vol. 74, P. 19-31.
10. Duijvenbooden W. v. Ground-water Quality Monitoring in the Netherlands / Int. Workshop on Harmonization of Soil Conservation Monitoring Systems. Budapest, 1993, P. 133-145.
11. Pouw B.J.A. van der. Mapping and Monitoring of Land. Soil and Groundwater in the Netherlands / van der Pouw B.J.A.; Int. Workshop on Harmonization of Soil Conservation Monitoring Systems. Budapest, 1993, P. 132-145.
12. Sombroek W.G. Land resource evaluation and the role of land-related indicators, Land quality indicators and their Use in Sustainable Agriculture and Rural Development. Proceeding of a Workshop, 25-26 January 1996. FAO, Rome.
http://www.fao.org/docrep/W4745E/w4745e05.htm
13. Stockdale E.A. and Cookson W.R. Sustainable farming systems and their impact on soil biological fertility some case studies. In: Abbot L. K. And Murphy D. V. (eds) Soil Biological Fertility - A Key to Sustainable Land Use in Agriculture. Kluwer Academic Publishers, the Netherlands, 2003, P. 225-239.
14. Wenzel W.W. Alge G. and Sattler H. Environmental Soil Monitoring in Austria: Methodology and Results / In: International Workshop on Harmonization of Soil Conservation Monitoring Systems. Varallyay, G.(ed.). Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest, Hungary, 14-17 September 1993, P. 35-48.
